3D-ljudrekonstruktion - 3D sound reconstruction

3D-ljudrekonstruktion är tillämpningen av rekonstruktionstekniker på 3D-ljudlokaliseringsteknik . Dessa metoder för att rekonstruera tredimensionellt ljud används för att återskapa ljud för att matcha naturliga miljöer och ge rumsliga signaler från ljudkällan. De ser även applikationer för att skapa 3D-visualiseringar på en sund fält till att omfatta fysiska aspekterna av ljudvågor inklusive riktning, tryck och intensitet . Denna teknik används i underhållning för att återge ett liveframträdande genom datorhögtalare. Tekniken används även i militära applikationer för att bestämma ljudkällornas placering . Rekonstruktion av ljudfält är också tillämplig på medicinsk avbildning för att mäta punkter i ultraljud.

Tekniker

För att återge robust och naturligt ljud från en tredimensionell ljudinspelning används tekniker för återuppbyggnad av ljudlokalisering och efterklang . Dessa tekniker bearbetar ljud för att återge de rumsliga signalerna.

  1. Placeringen av en ljudkälla bestäms genom tredimensionell ljudlokalisering med flera mikrofonuppsättningar, binaurala hörselmetoder och HRTF (huvudrelaterad överföringsfunktion) .
  2. Efter att ha identifierat riktningen används andra signalbehandlingstekniker för att mäta impulsresponsen över tid för att bestämma intensitetskomponenterna i olika riktningar. Genom att ha både data och kombinera ljudintensitet med riktning bestäms ett tredimensionellt ljudfält och fysiska kvaliteter som skapar de resulterande förändringarna i intensitet rekonstrueras.

Som ett resultat av denna tvåstegsprocess innehåller det rekonstruerade tredimensionella ljudfältet information inte bara om lokaliseringen av ljudkällan utan också om de fysiska aspekterna av den ursprungliga signalkällans miljö. Detta är dess skillnad från resultaten av ljudlokaliseringsprocessen.

När ljudet har rekonstruerats och rumsliga ledtrådar finns tillgängliga måste de levereras till kunden. De olika metoderna för att göra detta ingår i detta avsnitt.

Lyssnande rum

Högtalarplats från ITU-R rekommendation

I lyssningsrummetoden tar lyssnaren emot ljudet antingen via hörlurar eller via högtalare. Hörlurar introducerar tillräckligt med ljudkällor för att en lyssnare ska uppleva 3D-ljud med riktning. Med högtalare påverkar placeringen och antalet högtalare reproduktionsdjupet. Det finns olika metoder för att välja högtalarplats. En enkel modell består av fem högtalare, placerade i ITU-R rekommenderade formation: mitt, 30 ° till vänster, 110 ° till vänster, 30 ° till höger och 110 ° till höger. Denna inställning används med flera tredimensionella ljudsystem och rekonstruktionstekniker. Som ett alternativ kan den huvudrelaterade överföringsfunktionen användas på ljuskällasignalen för att panorera dess fällning till var och en av högtalarna beroende på riktning och plats. Detta möjliggör beräkning av signalens energi för varje högtalare genom utvärdering av ljud i flera kontrollpunkter i lyssningsrummet.

Rekonstruktion av efterklang

3D-ljudsystem med flödesschema för efterklangsrekonstruktion

Efterklangsrekonstruktionen innebär att mäta ljudet med en fyrpunktsmikrofon för att mäta dess verkliga leveransförseningar på olika platser. Varje mikrofon mäter ett pulssvar från en tidssträckt pulssignal för olika tidsramar med olika ljudkällor. De erhållna uppgifterna appliceras på det tredimensionella ljudsystemet med fem högtalare, precis som i lyssningsrummet. Systemet involverar också den huvudrelaterade överföringsfunktionen med impulsresponsen från signalen inspelad av mikrofonerna och energin justeras enligt den ursprungliga tidsramen för ljudsignalen, och ytterligare en fördröjning läggs till ljudet för att matcha tidsramen av impulssvaret. Konvolution och fördröjningar tillämpas på all ljudkälldata som tas och summeras för den resulterande signalen.

Denna teknik förbättrar också det rekonstruerade ljudets riktning, naturlighet och klarhet i förhållande till originalet. En nackdel med denna metod är att antagandet om en enda ljudkälla - medan verkliga efterklang inkluderar olika ljud med överlappning - i kombination med att lägga till alla olika värden inte förbättrar lyssnarnas uppfattning om rummets storlek, uppfattningen om avstånd inte förbättrad.

Laserprojektioner

Eftersom ljudvågorna orsakar förändringar i lufttätheten orsakar det därefter ljudtrycksförändringar. De mäts och bearbetas sedan med hjälp av tomografisignalbehandling för att rekonstruera ljudfältet. Dessa mätningar kan göras med hjälp av projektioner, vilket eliminerar behovet av att använda flera mikrofoner för att bestämma separata impulssvar. Dessa projektorer använder en laser-Doppler-vibrometer för att mäta mediets brytningsindex på laserbanan. Dessa mätningar bearbetas av Tomografisk rekonstruktion för att återge det tredimensionella ljudfältet, och sedan används konvolutionens bakprojektion för att visualisera det.

Akustisk holografi nära fält

I akustisk holografi nära fält mäts ljusbrytning i ett tvådimensionellt område i mediet (detta tvådimensionella ljudfält är ett tvärsnitt av det tredimensionella ljudfältet) för att producera ett hologram . Sedan uppskattas mediets vågnummer genom analys av vattentemperaturen. Flera tvådimensionella ljudfält beräknas och det tredimensionella ljudfältet kan också rekonstrueras.

Denna metod är främst användbar för ultraljud och för lägre ljudtryck, ofta i vatten och vid medicinsk bildbehandling. Metoden fungerar under antagandet att mediets vågnummer är konstant. Om vågnumret förändras i hela mediet kan denna metod inte rekonstruera det tredimensionella ljudfältet så exakt.

Se även

Referenser